Etude des micro-mécanismes d’endommagement associés à un défaut maîtrisé dans une éprouvette en alliage d’aluminium
Résumé
Pour l’industrie automobile, le XXIème siècle a mis en avant de nouveaux défis économiques et environnementaux qui ont poussé les constructeurs à revoir la conception de leur véhicule, notamment le moteur. La culasse est ainsi entrée dans le concept de downsizing avec une optimisation de la masse du système et une diminution des coûts de fabrication.
Par ses bonnes propriétés mécaniques, sa faible densité et sa résistance à la corrosion, l’alliage d’aluminium Al-7Si-3Cu répond au cahier des charges de cette application. Les coulées sont réalisées avec un alliage de seconde fusion pouvant contenir des impuretés de fer nocives pour la santé des pièces. Par ailleurs, la microstructure dépend du procédé d’élaboration. Pour des raisons économiques et pratiques, le Procédé à Modèle Perdu (PMP) en moule en sable a été développé pour concurrencer le procédé traditionnel de coulée par gravité en coquille. Toutefois, les vitesses de refroidissement sont nettement plus lentes pour des culasses produites par PMP et il en découle des dendrites riches en aluminium plus grossières et des microretassures plus nombreuses et volumineuses. Ce qui a pour conséquence une durée de vie réduite du produit lors des sollicitations thermomécaniques tout en conservant les propriétés mécaniques macroscopiques inchangées [Tabibian 2011].
Des études effectuées dans notre laboratoire ont montré l’impact des phases et des défauts sur l’amorçage et la propagation de fissures de fatigue sur des échantillons prélevés dans des culasses élaborées par le PMP [Li 2016, ]. Toutefois, la distribution et les caractéristiques des défauts observés présentaient une forte variabilité inhérente au procédé industriel rendant complexe l’analyse du mécanisme de fissuration.
Dans le cadre de la présente étude, l’objectif est d’étudier les mécanismes d’endommagement monotone et cyclique autour d’un défaut unique dont la génération est maîtrisée dans chaque éprouvette en alliage d’aluminium dans le but de simplifier les observations et les analyses. Des essais mécaniques monotones et cycliques instrumentés ont été effectués au moyen d’une micromachine. Les champs de déplacement et de déformations autour du défaut à la surface de l’éprouvette sont déterminés par corrélation d’images numérique. Ces essais sont interrompus à différents stades pour caractériser par microtomographie aux rayons X la morphologie en volume des microfissures. Ces données expérimentales sont utilisées comme conditions aux limites dans une simulation par méthode des éléments finis en vue d’un dialogue expérience – numérique.